МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ

Ферромагнетик (ферромагнитный материал) – вещество, находящееся в твердом кристаллическом или аморфном состоянии, которое обладает намагниченностью при отсутствии магнитного поля только при низкой критической температуре (обладают остаточной намагниченностью с высокой положительной магнитной восприимчивостью – одно из основных свойств), т.е. при температуре ниже точки Кюри.

Намагниченность  в точке магнетика возникает под воздействием магнитного поля и определяется его индукцией . В не очень сильных полях  будет зависит от  линейно, а в изотропном магнетике . Некоторые ферромагнетики обладают самопроизвольной намагниченностью, сила которой зависеть уже от внешних факторов. Кроме того, такие материалы имеют отличную магнитную проницаемость и хорошо усилят внешнее магнитные поля в тысяч раз, а то и в сотни тысяч.

Ферромагнитный материал достаточно важен для современного мира технологий. Его широко используют при изготовлении:

• постоянных магнитов, магнитных компасов;
• трансформаторов и генераторов;
• электронных моторов, электроизмерительных приборов;
•  приемников; передатчиков; усилителей и ресиверов; винчестеров для ноутбуков и ПК; громкоговорителей и некоторых видов телефонов; звукозаписывающих устройств.

Об этом же говорит и гипотеза Ампера: намагничивание вещества происходит потому, что в веществе, помещённом во внешнее магнитное поле , под действием этого поля начинают течь молекулярные токи.

Полная индукция поля в веществе определяется суммой индукции поля  макротоков и поля  микротоков, появившихся вследствие намагничивания вещества: .

При описании собственного магнитного поля огромное число ориентированных микроскопических витков (магнитные моменты) можно заменить распределенными по поверхности и объему макроскопическими молекулярными токами.

Так как вещества обладают определёнными магнитными свойствами, например, вещества могут быть как сильномагнитные, так и слабомагнитные, иметь различные механизмы намагничивания (характер взаимодействия частиц), величину магнитного момента.

Исходя из свойств выделяют основные: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики, сверхдиамагнетики.

Ферромагнетики – сильномагнитные вещества, характеризуются высоким значением магнитной восприимчивости  и зависят от внешнего магнитного поля. Для них характерно наличие спонтанной намагниченности (магнитные моменты атомов в определенных областях ориентированы упорядоченно (параллельно друг другу) в отсутствие внешнего поля – домены) и есть определенный предел насыщения. Такие вещества обладают остаточной намагниченностью, т.е. в отсутствии внешнего магнитного поля их намагниченность может быть отличной от нуля. – постоянные магниты.

При критической температуре происходит переход II рода: превращение ферромагнетика в парамагнетик (точка Кюри), т.к. при высоких температурах энергия хаотического теплового движения становится очень велика, что приводит к распаду доменов. При  зависимость магнитной восприимчивости от температуры описывается законом Кюри–Вейсса.

Исследованием намагничивания ферромагнетиков занимался А.Г. Столетов в 1878 г., в результате была: построена кривая магнитной проницаемости (кривая Столетова). Гистерезис был открыт чуть позже в 1880г. По аналогии с парамагнетиками намагниченность ферромагнетиков обусловливается переориентировкой некоторых элементарных магнитных моментов. Магнитная проницаемость ферромагнетиков достигает очень больших значений, эта величина зависит от напряженности внешнего поля и его свойств. Кривая зависимости  имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса.

Ферромагнетики делят на: на две группы:

• мягкие в магнитном отношении материалы с большой магнитной проницаемостью, легко намагничивающиеся и размагничивающиеся, с малой коэрцитивной силой. Их используют в электротехнике в работе с переменными полями, например, в трансформаторах;
• жесткие в магнитном отношении материалы с относительно низкой магнитной проницаемостью, очень трудно намагничивающиеся и размагничивающиеся, но с большой коэрцитивной силой. Эти вещества используют при создании постоянных магнитов.

Ферромагнетики являются хорошими проводниками электрического тока, но хорошая электропроводность ферромагнетиков является недостатком при использовании в радиотехнике. Примеры ферромагнетиков: чистые металл (никель, кобальт, гадолиний) – их сплавы и соединения, сплавы и соединения – хрома и марганца с неферромагнитными основаниями.

Антиферромагнетик (скомпенсированный ферримагнетик) – это более частный случай ферримагнетиков, в которых имеется одновременное наличие двух подрешеток, обладающие спонтанной намагниченностью в противоположных направлениях с одинаковой интенсивностью (сумма намагниченностей будет равно нулю). Антиферромагнетики характеризуются низким значением магнитной восприимчивости  и в целом похожи на очень слабые парамагнетики. Существование антиферромагнетиков было предсказано Л.Д. Ландау в 1933 г. Как и для ферромагнетиков существует антиферромагнитная точка Кюри называемая  точкой Нееля  – температура перехода в антиферромагнитное. При температуре ниже точки Нелля в нулевом поле антипараллельная ориентация спинов исчезает (намагниченность становится нулевой) и происходит фазовый переход II рода: превращение антиферромагнетик в парамагнетик. При наличии внешнего магнитного поля возникает небольшая намагниченность с положительной восприимчивостью . Примеры антиферромагнетиков: редкоземельные элементы (эрбий, диспрозий, гольмий), оксиды и дифториды некоторых металлов (оксид железа, оксид марганца, фторид кобальта, фторид никеля), соли угольной и серной кислот (карбонат марганца, сульфат никеля) и т.д [4].

По сравнению с ферромагнетиками ферриты имея меньшую величину магнитной восприимчивости , в остальном ферримагнетики характеризуются теми же признаками, что и ферромагнетики (обладают остаточной намагниченностью, характеризуются коэрцитивной силой и т.д.).

Спектроскопические исследования [3, с. 102] показывают, что примесь может находиться либо в форме магнитных наночастиц, либо в форме твердого раствора, когда парамагнитные ионы изоморфно замещают "домашние" катионы металлов в структуре оксидного полупроводника. Современные исследования свидетельствуют о том, что при определенных температурах некоторые ферромагнетики могут приобретать парамагнетические характеристики. Именно поэтому эти вещества считаются плохо изученными и представляют для физиков особый интерес [1, с. 109].

Применение ферромагнетиков позволяет существенно экономить электрическую энергию. Именно поэтому для сердечников генераторов, трансформаторов, электрических двигателей применяют материалы, обладающие выраженными ферромагнитными свойствами. Также, такие частицы можно использовать для модернизации устройств магнитной памяти, что станет новым шагом в создании инновационной медицинской техники.

Также, отмечается высокая чувствительность магнитных свойств экспериментальных образцов МРОП к методу и физико-химическим условиям их синтеза. Это означает, что на данный момент магнитного полупроводника, пригодного для применения в промышленной электронике - не существует. В данной статье рассматриваются особенности ионнолучевой имплантации для синтеза МРОП, как наиболее успешной и универсальной методики с позиции формирования наноструктурированных композиций практически любого химического элемента в любой твердотельной подложке, в том числе и композиций любого 31-металла с желаемой концентрацией в оксидном полупроводнике Т102.

«Магнетические» явления, со средних веков, окружены туманом таинственности и соседствуют с магическими. Этим пользуются лжеученые, мошенники и шарлатаны. Если средневековые знахари лечили магнитом порчу и сглаз, то ряд ведущих институтов страны продают магнито-терапевтические аппараты, якобы излечивающие сотни болезней самой разной природы. Не обходятся без МП и многочисленные изобретатели вечных двигателей, обещающие неограниченные потоки бесплатной и экологически чистой энергии. В случае, когда примесь находится в форме магнитных наночастиц, механизм упорядочения понятен (обмен, как в магнитном материале). А в случае же, когда ферромагнетизм обусловлен твердым раствором ионов примеси, механизм его возникновения до конца не изучен и является предметом острых научных дискуссий.

Список литературы:

1. Андреев, В. В. Электромагнитные формфакторы мезонов [Текст] : статья / В. В. Андреев, А. Ф. Крутов.  // Проблемы физики, математики и техники (ПФМТ). – 2011. - №   1 (6). – С. 7 – 19.
2. Андреев, В. В. Точечная форма релятивистской гамильтоновой динамики и ферромагнетизм [Текст] : статья /  В. В. Андреев, А. В. Сосновский // Известия ГГУ им. Ф. Скорины. – 2016. – 5 (8). – С. 8–12.
3. Бронштейн, М. Солнечное Вещество [Текст] учебник / М. Бронштейн – М. – «АСТ Corpus». – 2017. 314 с., ISBN: 978-5-17-982922-5.
4. Разваляева В.А., Сабенина С.В. Магнитное поле Земли // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XLI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(41).
5. Seshadri, S. R. Electromagnetic Gaussian beam: Tutorial [Text] / S. R.  Seshadri - J. Opt. Soc. Am. A. – 2013. – Vol. 15, № 10. – P. 2712 – 2719.
6. http://www.astronet.ru/db/msg/1360173